CN110781257B - 一种矿山开采地表移动变形预计分析系统 - Google Patents

一种矿山开采地表移动变形预计分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于煤矿的矿山开采地表移动变形预计分析系统，通过协同服务模块、工作面数据管理模块、预计服务模块、移动变形预计模块、生成移动变形等值线图模块、绘制移动变形剖面图模块、绘制损害等级云图模块以及统计移动变形信息模块的协同工作，实现了矿山回采工作面现状信息的高效采集、移动变形预计的高效计算、地表移动变形预计结果的可视化展示，为研究矿山开采地表移动变形规律和提高开采沉陷损害防治技术提供了直观和高效的技术工具，提高了矿山生产规划工作质量和效率，将回采工作面数据存储到空间数据库中，实现了数据统一存储、实时共享及重复利用，解决了现有技术不能在开采煤炭资源前较为准确的预计开采沉陷的问题。

Description

一种矿山开采地表移动变形预计分析系统
技术领域
本发明涉及煤矿地质测量技术领域，尤其涉及一种矿山开采地表移动变形预计分析系统。
背景技术
矿区沉陷预测预报是矿山开采沉陷学科的核心内容之一，它对开采沉陷的理论研究和生产实践都具有重要的意义。利用矿区沉陷预测的结果可以定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间上和空间上的分布规律。矿区沉陷预测所得的结果常被用来判别建筑物是否受开采影响和受开采影响的程度，作为受影响建筑物进行维修、加固或采取地下开采措施的依据；可以根据矿区沉陷预测的结果全面掌握矿区土地的塌陷情况，包括塌陷面积、塌陷深度，以便开展矿区土地复垦，保护矿区生态环境等。因此在开采煤炭资源前较为准确的预计开采沉陷，对地下煤炭资源的合理开采和开采沉陷损害防护有着极其重要的意义。
虽然行业中出现了几种地表移动变形预计系统，能够对矿山开采地表移动变形进行简单的预计，但通过调研发现这些预计系统操作复杂、兼容性差、可视化程度低，对于大量的工作面数据预计时间过长或者无法预计。究其原因：一是因为没有将移动变形预计的核心算法封装成服务的设计，导致系统运行效率低，兼容性、集成性和可扩展性较差；二是对于大量煤层回采工作面数据的管理只是通过文本方式输入输出，没有采用空间数据库方式管理，导致用户操作繁琐、数据无法统一管理、时效性差、无法多用户共享；三是矿区沉陷预计结果分析方法比较简单，分析不充分，预计结果呈现方式比较单一。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种矿山开采地表移动变形预计分析系统。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种矿山开采地表移动变形预计分析系统，包括：
协同服务模块，用于更新矿井采掘工程平面图；其中，所述矿井采掘工程平面图包含回采工作面现状信息，所述回采工作面现状信息包括回采工作面的角点坐标，所述矿井采掘工程平面图存储在协同服务数据库中；
工作面数据管理模块，用于查询所述协同服务数据库中的矿井采掘工程平面图，根据该平面图中的所述角点坐标对所述采掘工程平面图进行预处理，得到回采工作面参数，所述回采工作面参数、移动变形参数以及煤层参数组成回采工作面数据，并将该回采工作面数据存储至空间数据库中；
预计服务模块，用于通过封装的基于概率积分法的地表移动变形预计核心算法预计回采工作面开采后对地表任意点的五种移动变形值；
移动变形预计模块，用于依据所述回采工作面数据，对所述五种移动变形值进行计算，得到预计结果，并将该结果保存到煤矿专用地理信息系统平台图层中；其中，所述预计结果为至少一个回采工作面的最多三个方向上的预计结果；其中，所述三个方向表征回采工作面的走向、倾向以及用户指定方向，如果预计的所述回采工作面多于一个，则所述走向和所述倾向即为第一个回采工作面的走向和倾向；
生成移动变形等值线图模块，用于以等值线图和等值线注记的形式展示所述预计结果；
绘制移动变形剖面图模块，用于依据所述预计结果绘制表征回采工作面的走向和倾向的主剖面图，和绘制表征回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向任意位置的剖面图；
绘制损害等级云图模块，用于依据所述预计结果和建筑物损害等级级别规定的四个损害等级的边界值，绘制四个等级的损害区域云图并用颜色区分；其中，所述四个等级包括轻微损害、轻度损害、中度损害和严重损害；
统计移动变形信息模块，用于依据所述预计结果统计回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向上的最大最小值、沉陷区域的面积和体积、指定深度的沉陷区域面积和体积，并以表格的形式导出。
优选的，所述回采工作面参数包括：回采工作面的指向下山方位角、回采工作面边界线的角点坐标和角点深度；
所述煤层参数包括：煤层倾角、煤层厚度、煤层编号；
所述移动变形参数包括：下沉系数、水平移动系数、K值、走向主要影响角正切、上边界主要影响角正切、下边界主要影响角正切、左边界拐点平移距、右边界拐点平移距、上边界拐点平移距、下边界拐点平移距、是否为厚松散层、松散层边界角、松散层厚度；其中，所述k值为计算矿区最大下沉角的参数；
其中，所述移动变形参数和所述煤层参数均是预设参数。
优选的，所述工作面数据管理模块的功能还包括对所述空间数据库中的所述回采工作面数据进行管理，具体包括：
通过所述空间数据库对所述回采工作面数据进行新增、删除、更改、查找操作；
在所述空间数据库中设置第一等级项目名称和第二等级工作面名称。
优选的，所述五种移动变形值包括：下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值；
其中，所述下沉值，用于表示地表点不同时间在垂直方向上的变化量；
所述倾斜值，用于反映下沉盆地沿某一方向上的坡度；
所述曲率值，用于反映下沉盆地沿某一方向上的弯曲程度；
所述水平移动值，用于表示地表点不同时间沿某一方向在水平方向上的变化量；
所述水平变形值，用于反映相邻两测点间沿某一方向单位长度的水平移动差值。
优选的，所述预计结果是指利用地表点上预计的所述五种移动变形值数据分别对应生成的五种Delaunay三角网模型。
优选的，所述以等值线图和等值线注记的形式展示所述预计结果的方法，还包括：
根据所述预计结果的数据用所述倾斜值、所述曲率值、所述水平移动值和所述水平变形值绘制回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向的等值线图及其等值线注记；
根据所述预计结果的数据用所述下沉值绘制地表点的下沉等值线图及其等值线注记；
其中，所述等值线包括：等值线的开始值、结束值、等值线间距，所述等值线注记包括：注记的高度、位置、间距和小数位数。
优选的，所述绘制四个等级的损害区域云图并用颜色区分的方法，还包括：
从回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向中选择一个绘制的方向；
在所述绘制的方向上用所述倾斜值、所述曲率值以及所述水平变形值的边界值等值线求交计算，绘制得到所述四个等级的损害区域云图。
优选的，所述沉陷区域体积的计算方法，包括：
利用所述Delaunay三角网模型的数据和水平Delaunay三角网模型，布尔运算生成新的封闭Delaunay三角网模型数据；其中，所述水平Delaunay三角网模型是以下沉边界角点的坐标为数据源，通过调用所述Delaunay三角网模型生成算法构建；其中，所述下沉边界角点的高程值设置为0；
计算所述封闭Delaunay三角网模型数据的体积，得到所述沉陷区域体积。
优选的，所述系统还包括：
配置预计基本参数模块，用于保存用户配置的其他各个模块的基本参数信息；
其中，所述参数信息包括：正负值等值线和边界值等值线的颜色、四个损害等级云图颜色、煤层编号及颜色、工作面的切割间距。
优选的，所述生成移动变形等值线图模块、所述绘制移动变形剖面图模块、所述绘制损害等级云图模块、所述统计移动变形信息模块的所述预计结果均是通过所述煤矿专用地理信息系统平台图层名称获取得到。
本发明的有益效果：
本发明公开了一种适用于煤矿的矿山开采地表移动变形预计分析系统。通过协同服务模块、工作面数据管理模块、预计服务模块、移动变形预计模块、生成移动变形等值线图模块、绘制移动变形剖面图模块、绘制损害等级云图模块以及统计移动变形信息模块的协同工作，实现了矿山回采工作面现状信息的高效采集、移动变形预计的高效计算、地表移动变形预计结果的可视化展示，为研究矿山开采地表移动变形规律和提高开采沉陷损害防治技术提供了直观和高效的技术工具，提高了矿山生产规划工作质量和效率，将回采工作面数据存储到空间数据库中，实现了数据统一存储、实时共享及重复利用，解决了现有技术不能在开采煤炭资源前较为准确的预计开采沉陷的问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施例提供的矿山开采地表移动变形预计分析系统结构框图；
图2为本发明实施例提供的矿山开采地表移动变形预计分析系统流程图；
图3为本发明实施例提供的一种矿山开采地表移动变形预计分析系统操作的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，图1和图2示出了本实例中的一种矿山开采地表移动变形预计分析系统结构框图和流程图，该矿山开采地表移动变形预计分析系统具体包括以下模块：
协同服务模块3，用于更新带有回采工作面现状信息的矿井采掘工程平面图,井下测量人员把最新的回采工作面信息绘制到矿井采掘工程平面图，并上传到协同服务数据库中，用户通过协同服务数据库获取最新的带有回采工作面信息的矿井采掘工程平面图。其中，该回采工作面现状信息包括了回采工作面的角点坐标，即回采工作面的角点XY坐标。
在实际应用中，矿井采掘工程平面图至少包含：地质图、采掘图、机电图、通风图、综合自动化图、遥感影像图。该矿井采掘工程平面图以地质、测量、通风、机电、采掘、设计、调度、动态监控等多源数据信息为基础，实现煤矿多源数据的标准化和规范化。不同分工的用户通过开发数据接口、专业数据接口、数据维护接口通过协同服务模块3将协同服务数据库中的矿井采掘工程平面图进行数据上传、数据审核、数据监控、数据管理等操作。
协同服务模块3中，矿井采掘工程平面图中各图层是根据专业、区域、类别、分层次等进行图层命名和管理，各图层不能随意的创建。其中，各图层中数据的属性数量、类型也要遵循同一的规范。因为该矿井采掘工程平面图是共享的，所以还通过协同服务模块对不同的用户设置了不同等级的权限，为了避免数据的混乱，对图层进行权限控制，对于不同的图层，不同的制图人员，权限是不一样的。例如，地测人员没有修改通风图层的权限，也没有对共享了的数据进行删除、修改的权限。此外，各用户在对上述图层中添加数据时，必须先通过审核才能添加到对应图层中，实现数据的共享；因为各图层的数据是由不同用户共同提供的，所以有数据冲突的问题。当数据冲突时，协同服务模块3可以通过新数据覆盖/合并旧数据或放弃冲突数据进行冲突处理。
协同服务模块3主要分为三大业务板块，具体为数据管理服务、权限管理服务和用户管理服务。其中，数据管理服务包括：
数据请求子模块，用于根据用户的需求向数据获取子模块发送请求；
数据获取子模块，用于服务端根据收到的请求信息，并对该信息中包含的用户需求信息、用户权限信息进行验证，验证通过后返回用户需求的有效数据且在显示页面显示该数据。其中，服务端获取有效数据的方法包括：增量获取、完全覆盖获取和打开本地文件获取；用户需求信息中包含了用户需求数据的历史版本；
数据提交子模块，用于提交用户地修改的数据，该子模块包括自动和手动提交两种方式；
数据的签出子模块，用于对图层中数据的签出和编辑该数据；
数据的锁定子模块，用于锁定用户指定数据，以使其他用户将无法签出和编辑该数据。取消锁定表示用户不再锁定该数据，其他用户可以签出和编辑该数据；
取消锁定子模块，用于取消锁定数据，以使其他用户可以签出和编辑该数据；
数据审核子模块，用于控制用户提交数据的有效性，只有通过审核的数据才能被开放出来，提供给用户来获取，而未通过审核的数据将会被屏蔽掉，用户也就无法获取这部分的数据；
版本管理子模块，用于管理各个数据版本和对应的版本号。每个用户每次的提交都会产生一个新的版本和对应的版本号，这个版本号是用户获取最新版本和特定版本的主要依据。版本也是数据历史回溯的重要依据。版本控制在整个协同系统中起着重要的控制作用，大部分的操作都与版本相关。如数据请求，数据获取，数据提交，冲突处理等，可以说与数据相关的操作都有版本的参与；
图层管理子模块，用户控制图层分组和规模和数量。由于图层数量比较大，目前采用的是底图+图层分组的管理模式，用户可以自由的控制图层分组的规模和数量，管理方便，操作简单；
数据冲突处理，用于处理数据冲突问题。数据的冲突主要体现在两个方面：一方面是在用户提交数据编辑的时候可能存在冲突，以及处理方式(覆盖，合并，取消)。另一方面是用户获取数据时与本地的冲突处理(采用服务器，采用本地)。
权限管理服务，包括：
专业权限子模块，用于管控不同科室用户的数据编辑权限；
区域权限子模块，用于管控不同矿区用户的数据编辑权限；
状态管理子模块，用于管理图层数据状态，例如，数据的锁定，签出编辑，签入等，让所有用户都能直观的看到图层的当前状态。
用户管理服务，包括：
用户信息管理子模块，用于用户的添加、修改、删除，身份的认证，用户操作权限的控制。用户与图层关联管理子模块，用于用户和图层进行关联、管理。
用户与权限关联管理子模块，用于用户与权限信息进行关联和管理。
该协同服务模块3，实现了煤矿多源数据的标准化和规范化，实现了信息的无缝共享与协同工作，实现了基于统一平台面向不同专业用户的数据处理、查询、分析。加大了开采沉陷预计的实时、快速和准确性。
预计服务模块4，封装了基于概率积分法的地表移动变形预计核心算法。该算法用于预计任意形状即可以是任意多边形的回采工作面开采后对地表任意点的五种移动变形值(该五种移动变形值包括：下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值)，此核心算法采用C++语言编写，采用了面向对象程序设计模式，满足了系统的扩展性和高效性。同时，该核心算法的参数至少包括：回采工作面参数、煤层倾角、煤层厚度以及移动变形参数。例如，预计服务模块4将回采工作面参数、煤层倾角、煤层厚度、移动变形参数以及某地表点的XY坐标作为地表移动变形预计核心算法的参数输入，得到该地表点对应的五种移动变形值。
在实际应用中，下沉值用于表示地表点不同时间在垂直方向上的变化量；倾斜值用于反映下沉盆地沿某一方向上的坡度；曲率值用于反映下沉盆地沿某一方向上的弯曲程度；水平移动值用于表示地表点不同时间沿某一方向在水平方向上的变化量；水平变形值用于反映相邻两测点间沿某一方向单位长度的水平移动差值。
此外，上述封装的步骤为：首先，通过Python语言编写预计服务；其次，编写地表移动变形预计核心算法的函数，该函数的输入参数包括地表点的XY坐标值、预计方向、回采工作面数据，该函数返回值为预计地表点的五种移动变形值。
协同服务模块3和预计服务模块4都是基于Python语言开发的服务，其中工作面数据管理模块1配置有协同服务模块3的地址，移动变形预计模块2配置有预计服务模块4的地址，通过无线和/或有线网络实现数据传输。
工作面数据管理模块1，以在协同服务数据库中查询的矿井采掘工程平面图为基础，根据该图中各回采工作面的角点坐标对矿井采掘工程平面图进行预处理，得到回采工作面参数。
具体为,在矿井采掘工程平面图中拾取各个回采工作面的角点坐标，即根据回采工作面的角点坐标圈定工作面的边界线；通过矿井采掘工程平面图上钻孔孔口标高计算回采工作面各个角点到地表的深度，即角点深度；计算回采工作面的指向下山方位角。其中，下山方位角、回采工作面边界线的角点坐标和角点深度包含在回采工作面参数中。
同时，该模块1也将用户预先设置的煤层参数和移动变形参数以及上述预处理得到的回采工作面参数存储至空间数据库中。其中，煤层参数包括：煤层编号、煤层厚度和煤层倾角；该移动变形参数包括：下沉系数、水平移动系数、K值、走向主要影响角正切、上边界主要影响角正切、下边界主要影响角正切、左边界拐点平移距、右边界拐点平移距、上边界拐点平移距、下边界拐点平移距、是否为厚松散层、松散层边界角、松散层厚度；其中，所述k值为计算矿区最大下沉角的参数。
此外，工作面数据管理模块1，还用于对回采工作面数据的数据库集中管理，包括：对回采工作面数据进行增、删、改、查操作。为了方便用户管理该回采工作面数据，因而在空间数据库中设置了第一等级项目名称和第二等级工作面名称，其中，各名称能够表征各类回采工作面数据在空间数据库中的等级和类别，项目名称等级包含工作面名称等级，项目名称等级中包含具有同一属性的回采工作面数据，此等级设置方法方便对同一项目下回采工作面数据预计地表点的移动变形值，例如同一煤层的回采工作面数据或者同一年份的回采工作面数据。
移动变形预计模块2，通过连接空间数据库获取所有录入的回采工作面数据，其中，该回采工作面数据包括：项目名称和工作面名称以及回采工作面参数、移动变形参数、煤层参数。用户可以对单个回采工作面进行预计，还可以对一个项目下的所有回采工作面进行预计，还可以对不同项目下的多个回采工作面进行组合预计，预计范围可以手动指定或者程序自动计算，其中，程序自动计算为：通过设置格网间距布设地表预计点的密度，系统默认预计了回采工作面走向和倾向两个方向上的五种移动变形值，手动指定为：用户可以设置预计指定方向的五种移动变形值，用户还可以选择是否绘制工作面边界、工作面名称和地表预计点。最后，该模块2通过调用预计服务模块4预计地表点的五种移动变形值结合上述回采工作面数据，得到最多三个方向(该最多三个方向为走向、倾向和/或用户指定方向)的预计结果，并把该预计结果保存到用户指定的煤矿专用地理信息系统平台图层中，如果预计的回采工作面多于一个，则走向和所述倾向即为第一个回采工作面的走向和倾向。其中，该预计结果是指利用地表点上预计的所述五种移动变形值数据分别对应生成的五种Delaunay三角网模型。
生成移动变形等值线图模块5，通过选择图层名称(煤矿专用地理信息系统平台图层名称)获取预计结果的数据。由于有最多三个方向的预计结果，又因为五种移动变形值中除了下沉值外其它四个值都和方向有关系，因此除了下沉值，其他四种移动变形值(倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值)可以选择绘制最多三种方向上的等值线图及其等值线注记，而下沉值根据预计结果的数据绘制地表点的下沉等值线图及其等值线注记。其中，等值线可以设置等值线的开始值、结束值、等值线间距，等值线注记可以设置等值线注记的高度、位置、间距和小数位数。
绘制移动变形剖面图模块6，通过选择图层名称(煤矿专用地理信息系统平台图层名称)获取预计结果的数据，绘制表征回采工作面倾向、走向的主剖面图和绘制表征矿区地表沉陷最多三个方向上的地表任意位置的剖面图，剖面图中用户可以指定绘制五种移动变形值中的下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值中的任意几个，并且用不同颜色区分了五种移动变形值曲线图，用户可以选择是否绘制剖面线、剖面线和工作面的交点和投影工作面。
绘制损害等级云图模块7，通过选择图层名称(煤矿专用地理信息系统平台图层名称)获取预计结果的数据，以及建筑物损害等级级别规定给出的四个损害等级的边界值，绘制出轻微损害、轻度损害、中度损害和严重损害四个等级的损害区域云图并用颜色加以区分。其中，该四个区域云图的绘制利用了曲率值、倾斜值和水平变形值三种移动变形值的边界值等值线求交计算，并把相同等级的区域云图通过并集运算，计算出最大的区域云图而得到上述四个等级的损害区域云图。保证了损害区域云图区域的准确和边界的圆滑，由于有最多三个方向的预计结果，因此可以任意绘制最多三个方向上的损害等级云图。
统计移动变形信息模块8，通过选择图层名称(煤矿专用地理信息系统平台图层名称)获取预计结果的数据，统计最多三个方向上的的最大最小值、沉陷区域的面积和体积、指定深度的沉陷区域面积和体积，并能把上述信息以Excel表格的形式导出为数据报表。
在实际应用中，上述沉陷区域体积的计算：首先是利用预计结果数据中的Delaunay三角网模型数据和新构建的水平Delaunay三角网模型布尔运算生成的新的封闭Delaunay三角网模型数据,然后通过编写的算法得到此封闭Delaunay三角网模型数据的体积。其中，水平Delaunay三角网模型是以下沉边界角点的坐标为数据源，通过调用上述Delaunay三角网模型生成算法构建；其中，所述下沉边界角点的高程值设置为0。
在具体实现中，本发明实施例还包括配置预计基本参数模块，用于保存用户配置的其他各个模块的基本参数信息；其中，该参数信息包括：正负值等值线和边界值等值线的颜色、四个损害等级云图颜色、煤层编号及颜色、工作面的切割间距。
为了更加清楚的说明本发明方案，本发明出示了图3，该图为本发明实施例提供的一种矿山开采地表移动变形预计分析系统操作的步骤流程图，本发明公开了一种矿山开采地表移动变形预计分析系统操作步骤，具体内容如下：
步骤S301：更新并存储矿井采掘工程平面图。通过协同服务模块3更新带有回采工作面现状信息的矿井采掘工程平面图，并将该矿井采掘工程平面图存储在协同服务数据库中；其中，该平面图中包含回采工作面现状信息，回采工作面现状信息中包含回采工作面的角点坐标。
步骤S302：对矿井采掘工程平面图进行预处理，并将预处理结果和预设参数存储至空间数据库中。通过工作面数据管理模块1先从步骤S301中的协同服务数据库中查询矿井采掘工程平面图得到角点坐标；
再，根据角点坐标对矿井采掘工程平面图进行预处理，得到每个回采工作面的回采工作面参数；
最后，将该回采工作面参数、用户预设参数(移动变形参数、煤层参数)存储到空间数据库中。其中，预处理包括：在矿井采掘工程平面图中拾取各个回采工作面的角点坐标，即根据回采工作面的角点坐标圈定工作面的边界线；通过矿井采掘工程平面图上钻孔孔口标高计算回采工作面边界线各个角点到地表的深度，即角点深度；计算回采工作面的指向下山方位角。其中，下山方位角、回采工作面边界线的角点坐标和角点深度包含在回采工作面参数中。
步骤S303：根据回采工作面数据和五种移动变形值计算，得到预计结果。通过移动变形预计模块2在空间数据库中选择需要预计的一个或者多个回采工作面数据，计算地表任意点的五种移动变形值，得到走向、倾向和/或用户指定方向的五种移动变形值数据分别对应生成的五种Delaunay三角网模型，即预计结果，并将该模型保存到煤矿专用地理信息系统平台的指定图层下。
步骤S304：根据预计结果绘制图表。通过选择带有移动变形预计结果的图层数据，可以调用生成移动变形等值线模块5任意绘制走向、倾向和/或用户指定方向上的五种移动变形值等值线图及等值线注记；
可以调用绘制移动变形剖面图模块6绘制五种移动变形值在走向和倾向上的主剖面图和绘制走向、倾向和/或用户指定方向上地表任意位置的剖面图；
可以调用绘制损害等级云图模块7绘制出轻微损害、轻度损害、中度损害和严重损害四个等级的损害区域云图并用颜色加以区分；
可以调用统计移动变形信息模块8统计五种移动变形值在走向、倾向和/或用户指定方向上的最大最小值、沉陷区域的面积和体积、指定深度的沉陷区域面积和体积，并能把上述信息以Excel表格的形式导出为数据报表。
本发明实施例可以实现的有益效果：通过协同服务模块、工作面数据管理模块、预计服务模块、移动变形预计模块、生成移动变形等值线图模块、绘制移动变形剖面图模块、绘制损害等级云图模块以及统计移动变形信息模块的协同工作，实现了矿山回采工作面现状信息的高效采集、移动变形预计的高效计算、地表移动变形预计结果的可视化展示，为研究矿山开采地表移动变形规律和提高开采沉陷损害防治技术提供了直观和高效的技术工具，提高了矿山生产规划工作质量和效率，将回采工作面数据存储到空间数据库中，实现了数据统一存储、实时共享及重复利用，解决了现有技术不能在开采煤炭资源前较为准确的预计开采沉陷的问题。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种矿山开采地表移动变形预计分析系统，其特征在于，包括：
协同服务模块，用于更新矿井采掘工程平面图；其中，所述矿井采掘工程平面图包含回采工作面现状信息，所述回采工作面现状信息包括回采工作面的角点坐标，所述矿井采掘工程平面图存储在协同服务数据库中；所述矿井采掘工程平面图中各图层的数据由不同分工用户提供，以实现数据的协同更新，其中，每个用户每次提交的数据都会产生一个新的版本，以通过所述版本实现数据历史回溯；
工作面数据管理模块，用于查询所述协同服务数据库中的矿井采掘工程平面图，根据该平面图中的所述角点坐标对所述采掘工程平面图进行预处理，得到回采工作面参数，所述回采工作面参数、移动变形参数以及煤层参数组成回采工作面数据，并将该回采工作面数据存储至空间数据库中；其中，得到回采工作面参数的步骤包括：根据回采工作面的角点坐标圈定工作面的边界线；通过矿井采掘工程平面图上钻孔孔口标高计算回采工作面各个角点到地表的深度；计算回采工作面的指向下山方位角；
预计服务模块，用于通过封装的基于概率积分法的地表移动变形预计核心算法预计回采工作面开采后对地表任意点的五种移动变形值，所述地表移动变形预计核心算法封装在通过Python语言编写的预计服务中；
移动变形预计模块，用于依据所述回采工作面数据，对所述五种移动变形值进行计算，得到预计结果，并将该结果保存到煤矿专用地理信息系统平台图层中；其中，所述预计结果为至少一个回采工作面的最多三个方向上的预计结果；其中，所述三个方向表征回采工作面的走向、倾向以及用户指定方向，如果预计的所述回采工作面多于一个，则所述走向和所述倾向即为第一个回采工作面的走向和倾向；所述预计结果是指利用地表点上预计的所述五种移动变形值数据分别对应生成的五种Delaunay三角网模型；
生成移动变形等值线图模块，用于以等值线图和等值线注记的形式展示所述预计结果；
绘制移动变形剖面图模块，用于依据所述预计结果绘制表征回采工作面的走向和倾向的主剖面图，和绘制表征回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向任意位置的剖面图；
绘制损害等级云图模块，用于依据所述预计结果和建筑物损害等级级别规定的四个损害等级的边界值，绘制四个等级的损害区域云图并用颜色区分；其中，所述四个等级包括轻微损害、轻度损害、中度损害和严重损害；其中，所述四个等级的损害区域云图的绘制利用了曲率值、倾斜值和水平变形值三种移动变形值的边界值等值线求交计算，并把相同等级的区域云图通过并集运算，计算出最大的区域云图而得到所述四个等级的损害区域云图；
统计移动变形信息模块，用于依据所述预计结果统计回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向上的最大最小值、沉陷区域的面积和体积、指定深度的沉陷区域面积和体积，并以表格的形式导出；
其中，所述沉陷区域体积的计算方法，包括：
利用所述Delaunay三角网模型的数据和水平Delaunay三角网模型，布尔运算生成新的封闭Delaunay三角网模型数据；其中，所述水平Delaunay三角网模型是以下沉边界角点的坐标为数据源，通过调用所述Delaunay三角网模型生成算法构建；其中，所述下沉边界角点的高程值设置为0；
计算所述封闭Delaunay三角网模型数据的体积，得到所述沉陷区域体积。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回采工作面参数包括：回采工作面的指向下山方位角、回采工作面边界线的角点坐标和角点深度；
所述煤层参数包括：煤层倾角、煤层厚度、煤层编号；
所述移动变形参数包括：下沉系数、水平移动系数、K值、走向主要影响角正切、上边界主要影响角正切、下边界主要影响角正切、左边界拐点平移距、右边界拐点平移距、上边界拐点平移距、下边界拐点平移距、是否为厚松散层、松散层边界角、松散层厚度；其中，所述K值为计算矿区最大下沉角的参数；
其中，所述移动变形参数和所述煤层参数均是预设参数。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工作面数据管理模块的功能还包括对所述空间数据库中的所述回采工作面数据进行管理，具体包括：
通过所述空间数据库对所述回采工作面数据进行新增、删除、更改、查找操作；
在所述空间数据库中设置第一等级项目名称和第二等级工作面名称。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述五种移动变形值包括：下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值；
其中，所述下沉值，用于表示地表点不同时间在垂直方向上的变化量；
所述倾斜值，用于反映下沉盆地沿某一方向上的坡度；
所述曲率值，用于反映下沉盆地沿某一方向上的弯曲程度；
所述水平移动值，用于表示地表点不同时间沿某一方向在水平方向上的变化量；
所述水平变形值，用于反映相邻两测点间沿某一方向单位长度的水平移动差值。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述以等值线图和等值线注记的形式展示所述预计结果的方法，还包括：
根据所述预计结果的数据用所述倾斜值、所述曲率值、所述水平移动值和所述水平变形值绘制回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向的等值线图及其等值线注记；
根据所述预计结果的数据用所述下沉值绘制地表点的下沉等值线图及其等值线注记；
其中，所述等值线包括：等值线的开始值、结束值、等值线间距，所述等值线注记包括：注记的高度、位置、间距和小数位数。
6.如权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述绘制四个等级的损害区域云图并用颜色区分的方法，还包括：
从回采工作面的走向、倾向和/或用户指定方向中选择一个绘制的方向；
在所述绘制的方向上用所述倾斜值、所述曲率值以及所述水平变形值的边界值等值线求交计算，绘制得到所述四个等级的损害区域云图。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
配置预计基本参数模块，用于保存用户配置的其他各个模块的基本参数信息；
其中，所述基本参数信息包括：正负值等值线和边界值等值线的颜色、四个损害等级云图颜色、煤层编号及颜色、工作面的切割间距。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生成移动变形等值线图模块、所述绘制移动变形剖面图模块、所述绘制损害等级云图模块、所述统计移动变形信息模块的所述预计结果均是通过所述煤矿专用地理信息系统平台图层名称获取得到。
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